Рассказы о физике и физиках

DjVu

      ИСААК КОНСТАНТИНОВИЧ КИКОИН
      И. К. Кикоин принадлежит к плеяде физиков, сыгравшей особую роль в развитии советской науки. В двух городах нашей страны, в Москве и Ленинграде, в первой половине 20-х годов рождалась новая физика. Сюда из разных городов страны, только что начавшей оправляться от гражданской войны, собирались талантливые молодые люди. В Ленинграде ядром такой «конденсации» стал Физико-технический институт, которым руководил А. Ф. Иоффе. Обстановка необычайно заботливого отношения к молодежи и высокая научная требовательность привели к созданию в ФТИ советской школы физиков.
      И. К. Кикоин пришел в Физико-технический институт, как и многие его сверстники, из провинции. Он родился 28 марта 1908 г. в маленьком городе Жигара в семье школьного учителя математики. Свое образование И. К. Кикоин начал в г. Пскове, где он учился в школе и землеустроительном техникуме. В 1925 г. он уезжает в Ленинград, где до 1930 г. учится в Политехническом институте, преподаватели которого были тесно связаны с Физико-техническим институтом. Они тщательно отбирали способных людей и привлекали их к научной деятельности в Физтехе. Студенты активно участвовали в семинарах Института и помогали в лабораториях. Среди этих студентов оказался и И. К. Кикоин. Кроме «ученых» семинаров Физико-технического института, существовали и специальные студенческие семинары, где Д. А. Рожанский и Я. И. Френкель поручали студентам разобраться в самых современных физических теориях. Такая тщательно продуманная ими схема давала богатый урожай. Не удивительно, что студенты приходили к концу обучения уже с развитыми научными интересами и с умением увидеть в величественном здании физики отдельные области, в которых есть смысл испытать свои силы.
      И. К. Кикоин пришел в Физико-технический институт со своей задачей, идея которой возникла на семинаре Я. И. Френкеля. В то время большие дискуссии велись в связи с измерением электропроводности в магнитном поле в жидких металлах. В серии работ 1931 — 1935 гг. И. К. Кикоин полностью разобрался в крайне запутанной ситуации, нашел причины неудач прежних экспериментаторов и привел экспериментальные данные в согласие с предсказаниями теории.
      Первые крупные успехи определили на много лет стиль работы И. К. Кикоина. Изучение влияния магнитного поля, а затем и других внешних факторов на электромагнитные свойства
      твердых тел стало областью, где имя И. К. Кикоина стоит в ряду самых признанных авторитетов.
      Второй серией работ, выполненных в 1933 — 1934 гг. (совместно с М. М. Носковым), были работы по исследованию влияния магнитного поля на фотоэлектрические эффекты в полупроводниках. Открытие нового эффекта — фотомагнитного — сделало эти работы классическими *).
      В 1936-г. И. К. Кикоин переехал в Свердловск, где создавался новый физический центр — Уральский физико-технический институт. На Урале он продолжил исследования электропроводности металлов в магнитных полях и выполнил блестящие по экспериментальному мастерству работы по сверхпроводимости.
      В начале войны ярко проявляется еще одна характерная черта И. К. Кикоина — его умение использовать достижения физики в развитии новых направлений в технике. Первой практической работой, успех которой отмечен Государственной премией СССР, было создание нового типа амперметра для измерения очень сильных токов.
      Работа в промышленности и опыт плодотворной организационной работы на Урале привели к тому, что с самого начала развития атомной техники в нашей стране И. К. Кикоин стал во главе одного из ведущих направлений в этой области. И. К. Кикоин был одним из организаторов Института атомной энергии, где с 1943 г. возглавлял большой коллектив, успешно решивший целую серию труднейших научных и технических задач. В этот период деятельности проявляется талант И. К. Кикоина как инженера и организатора промышленности. Смело взяв на себя огромную ответственность, он выступает как научный руководитель, хорошо понимающий нужды промышленности в период научно-технической революции. За итоги этих работ И. К. Кикоин был удостоен дважды звания Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской премии и Государственных премий СССР.
      В середине 50-х годов интересы И. К. Кикоина снова дополняются и чисто физическими исследованиями. После долгого перерыва он вновь обращается к фотомагнитному эффекту. Исследование эффекта в монокристаллах кремния и германия положило начало изучению связи между симметрией кристалла и фотомагнитным эффектом. Заменяя воздействие магнитного поля деформацией, он обнаруживает новый эффект, названный
      *) Об этих эффектах можно прочесть в статье И. К. Кикоина, С. Д. Лазарева «ФЭМ-эффект», опубликованной в настоящем сборнике.
      фотопьезоэлектрическим: возникновение разности потенциалов в освещенном полупроводнике, подвергнутом деформации.
      Умение использовать технические возможности позволило И. К. Кикоину провести измерение электрических свойств ртутного пара при высоких температурах и давлениях. Эта работа стала классической и стимулировала развитие нового направления, связанного с исследованием плазмы.
      Цикл работ, проделанных в последние годы, посвящен изменению электромагнитных свойств полупроводников под воздействием ионизующих частиц. Эти работы привели к открытию новых эффектов, названных радиационным электромагнитным и пьезоэлектрическим эффектами. Схема опыта повторяет схему опытов, в которых были открыты фотомагнитный и фотопьезоэлектрический эффекты, только вместо света в новых опытах применяются ионизующие частицы: альфа-частицы и протоны. Физическая природа этих эффектов оказалась новой и требует еще дальнейшего изучения.
      Мы не упомянули еще многих работ, но и из этого краткого перечня видна четкая направленность всех усилий И. К. Кикоина. Выросший на благодатной почве классической физики, И. К. Кикоин сохранил во всех своих работах физическую ясность в постановке задачи и простоту опыта, так характерную для классической физики, принеся ее в физику современную.
      Физические исследования И. К. Кикоина и его интенсивная научная деятельность не исчерпывают всего его вклада в развитие советской науки. С самого начала своей работы он стремился сохранить преемственность поколений, остаться верным заветам своих учителей. И. К. Кикоин много сил отдал работе со студентами, читал лекции в Политехническом институте в Ленинграде, в Политехническом институте в Свердловске, в Московском инженерно-физическом институте и в Московском университете. Любимый его курс — «Общая физика». В него он вкладывал всю свою физическую интуицию, весь свой опыт, рассказывая студентам об общей цели физики и ее главных направлениях развития. Большие задачи И. К. Кикоин поставил перед собой в последние годы, включившись в работу по реформе школьного обучения физике и развитию системы выявления молодых талантов. Здесь, как и в других областях своей деятельности, И. К. Кикоин охватил очень широкий круг задач. Он много лет возглавлял комитет по школьным олимпиадам. Вместе с академиком А. Н. Колмогоровым И. К. Кикоин организовал первую в стране физико-математическую школу, в которую отбираются способные юноши и девушки из немосковских школ. Много времени он уделял созданию новых школьных программ. Он издал учебник по физике для восьмого класса. И. К. Кикоин не только писал программы к учебникам, но и проводил большую работу по их популяризации. Как и в промышленности, он и здесь стремился довести идеи «до конечного продукта». Он читал лекции учителям, вел уроки в школе и, возвращаясь к написанному, вновь и вновь переделывал учебники, добиваясь ясности и лаконичности изложения. Наряду с этим И. К. Кикоин в эти же годы организует издание первого физико-математического журнала для школьников. Сегодня журнал «Квант», главным редактором которого он являлся в течение 15 лет, завоевал самую широкую популярность, и не только среди школьников. Работа по школьным реформам очень трудоемка, но опыт, который проводил И. К. Кикоин, уже дал столько нового в разных сторонах школьного обучения, что его можно ставить в один ряд с исследованием и открытием новых физических эффектов.
      Умер И. К. Кикоин 28 декабря 1984 г. Незадолго до смерти он выступил перед школьниками во время вручения Школе естественных наук при Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова премии Ленинского комсомола. Его выступление — своеобразное завещание молодежи.
      «Я хочу рассказать вам, о чем я думал, принимая эту награду, — обратился к собравшимся И. К. Кикоин. — Л думал о том, что вот я — академик, руководитель большого коллектива, у меня много наград, но без всяких сомнений все это — положение, степени, звания — обменял бы я на вашу молодость, на ваши 15, пусть 17, лет.
      А поменяться мне надо потому, что за долгую жизнь я не успел насладиться любимой своей физикой, не хватило мне времени, ясно вижу теперь — не хватило. А ведь не было ни одного дня в жизни, ни выходного, ни праздника, ни отпуска, когда бы я ею не занимался. Часто и сны вижу о физике. И все равно времени не хватило. Вы сами узнаете, как это бывает, когда проживете жизнь.
      Поэтому сейчас не упускайте времени. Все равно его не хватит, но хоть будет не так обидно. Знаете, ученый — это не название должности и не место работы. Вот он вошел в лабораторию — и стал думать о науке, и стал ученым. Это не так. Ученый — это постоянное и часто мучительное, иногда прекрасное состояние. Вот примерно об этом я думал, когда мне передавали эту награду».
      Пусть это напутствие И. К. Кикоина навсегда останется с вами, как и светлая память о выдающемся ученом.
      А. Н. Александров В. А. Легасов
     
      ФИЛОСОФСКИЕ ИДЕИ В. И. ЛЕНИНА И РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ
      (к 75-летию книги В. И. Ленина «Материализм и эмпириокритицизм»)
     
      В своей книге «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин дал исчерпывающий анализ философских проблем современной ему физики. Величайшее значение этого труда Ленина заключается в том, что в нем был разработан метод анализа философских проблем науки, которым и сейчас пользуются прогрессивные ученые.
      Владимир Ильич Ленин был не только великим политическим и государственным деятелем, но и великим ученым.
      Особая роль физики в развитии как техники, так и философии явилась причиной пристального внимания Ленина к вопросам новой физики (может быть, на интерес Ленина к физике в какой-то мере повлияло и то, что его отец Илья Николаевич Ульянов был учителем физики).
      Ленинский метод научной работы особенно близок сердцам физиков. В своей теоретической работе Ленин всегда опирался на опыт, на практику как на критерий истины. Ленин следующими словами Энгельса поясняет идею «критерия практики»: «В тот момент, когда, сообразно воспринимаемым нами свойствам какой-либо вещи, мы употребляем ее для себя, — мы в этот самый момент подвергаем безошибочному испытанию истинность или ложность наших чувственных восприятий. (Курсив мой, — И. К.) Успех наших действий дает доказательство соответствия (Ubereinstimmung) наших восприятий с предметной (gegenstandlich) природой воспринимаемых вещей» *).
      Но история науки знает немало примеров, свидетельствующих о том, что явно неправильные с современной точки зрения представления ученых приводили, тем не менее, к «успеху наших действий».
      Для примера возьмем старую теорию магнетизма, по которой намагниченный кусок стали рассматривался как магнитный диполь, состоящий из двух магнитных полюсов, или «магнитных зарядов» (по аналогии с электрическим диполем). Пользуясь этим представлением, физики создали магнитостатику, на которой базируется вся практика и техника использования магнитов. Эта практика блестяще подтвердила теорию «магнитных зарядов». Между тем теперь хорошо известно, что никаких магнитных зарядов в действительности не существует. И когда сейчас говорят о магнитных полюсах, то обязательно оговаривают, что это фиктивное понятие.
      Выходит, что критерий практики не может служить надежной основой для выяснения истинности наших представлений о том или ином предмете? Это, разумеется, не праздный вопрос.
      Один из крупнейших физиков-теоретиков современности Ричард Фейнман, пытаясь выяснить, что же такое философское толкование физического закона, иллюстрирует значение этого вопроса следующим примером.
      «Пусть те, кто настаивает на том, что единственно важным является лишь согласие теории и эксперимента, представят себе разговор между астрономом из племени майя и его студентом. Майя умели с поразительной точностью предсказывать, например, время затмений, положение на небе Луны, Венеры и других планет. Все это делалось при помощи арифметики... У них не было ни малейшего представления о вращении небесных тел.
      Представьте себе, что к нашему астроному приходит молодой человек и говорит: «Вот, что мне пришло в голову. Может быть, все это вертится, может, это шары из камня... и их движение можно рассчитывать совсем иначе». Далее, узнав, что молодой человек еще не дошел до расчетов движения планет, астроном майя ответит ему, что мы можем и так достаточно точно вычислять затмения, так что не стоит возиться с твоими идеями.
      Как видим, — заканчивает Фейнман, — нелегкая задача — решить, стоит или не стоит задумываться над тем, что кроется за нашими теориями».
      Это и в самом деле нелегкая задача. Ведь если принять безоговорочно утверждение, что критерием истины является практика, то такое утверждение, как видно из приведенных примеров, может привести к застою в науке.
      Эту нелегкую задачу с блеском решил В. И. Ленин.
      Утверждая, что «точка зрения жизни, практики должна быть первой и основной точкой зрения теории познания», Ленин добавляет:
      «Конечно, при этом не надо забывать, что критерий практики никогда не может по самой сути дела подтвердить или опровергнуть полностью какого бы то ни было человеческого представления. Этот критерий тоже настолько «неопределенен», чтобы не позволять знаниям человека превратиться в «абсолют», и в то же время настолько определенен,
      чтобы вести беспощадную борьбу со всеми разновидностями идеализма и агностицизма*)»**).
      «...Отсюда, — продолжает Ленин, — вытекает признание единственным путем к этой истине пути науки, стоящей на материалистической точке зрения» ***). (Курсив мой. - И. К.)
      Подавляющее большинство физиков сознательно или стихийно руководствуется именно таким ленинским пониманием критерия практики.
      Опыт служил Ленину надежной опорой, когда он формулировал основы своих философских воззрений. Иллюстрацией к этому может служить следующий пример.
      Ленин считал необходимым проверить историей науки (т. е. проверить экспериментально, как сказал бы физик) одно из основных положений диалектики — так называемое «единство противоположностей». Фрагмент «К вопросу о диалектике» Ленин так и начинает: «Раздвоение единого и познание противоречивых частей его... есть суть (одна из «сущностей», одна из основных, если не основная, особенностей или черт) диалектики. ... Правильность этой стороны содержания диалектики должна быть проверена историей науки»****).
      Это высказывание Ленина не было простой декларацией. Такую проверку он сам осуществил в своей классической работе «Материализм и эмпириокритицизм», написанной в 1908 году, в работе, которая оказала и продолжает оказывать огромное влияние на развитие науки.
      Написанный в годы крутого перелома основных физических представлений, этот труд дал исчерпывающий философский анализ данных физики того времени.
      Известно, что Ленин назвал «гигантскими, головокружительными» успехи физики за последние три десятилетия XIX столетия и первые годы XX столетия. В еще большей мере такую оценку можно дать успехам физики за годы, прошедшие после выхода в свет книги Ленина «Материализм и эмпириокритицизм».
      Начало нашего века ознаменовалось величайшей революцией в физике. В 1905 году была опубликована знаменитая работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», представляющая собой основу специальной теории относительности. Мы не можем здесь подробно изложить эту теорию.
      *) Агностицизмом называется философское учение, отрицающее возможность познания объективного мира, ограничивающее роль науки лишь познанием явлений. (Примеч. мое. — И. К.)
      **) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 145 — 146.
      ***) Там же, с. 146.
      ****) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 29, с. 316.
      Сущность ее заключается в «простой» идее о том, что в движущихся друг относительно друга системах отсчета время течет по-разному. Теория относительности внесла коренные изменения в представления о времени и пространстве — об этих основных философских и физических понятиях. Сейчас, когда основы теории относительности уже излагают в школьном курсе физики, когда широко развивается ядерная техника, основанная на прямых следствиях теории относительности, кажется удивительным, что вначале эта теория была принята физиками «в штыки». Даже один из величайших физиков начала нынешнего столетия, создатель электронной теории X. А. Лоренц не сразу оценил значение этой теории. И это тот Лоренц, который выковал для теории относительности самое могучее оружие — так называемые «преобразования Лоренца».
      Замечательно, что Ленин, спустя всего два с лишним года после опубликования работы Эйнштейна, следующими словами оценил ее огромное революционное и философское значение: «...как ни необычно ограничение механических законов движения одной только областью явлений природы и подчинение их более глубоким законам электромагнитных явлений и т. д., — все это только лишнее подтверждение диалектического материализма»*).
      В течение многих лет теория относительности порождала обширную литературу, в которой отразилась ожесточенная борьба на филологическом и физическом фронтах. Эта литература имеет сейчас главным образом исторический интерес, и мы не будем на ней останавливаться. Но следует напомнить, что В. И. Ленин и в дальнейшем продолжал считать автора теории относительности «великим преобразователем естествознания».
      В своем знаменитом труде «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин не ограничился общим философским анализом бурного развития физики в период, когда он писал эту книгу. В некоторых случаях он выступал как специалист-физик высокой квалификации.
      В качестве примера этому приведем разъяснение В. И. Ленина одному из его идеологических противников чисто физического вопроса о массе тела.
      Известно, что вопрос о том, что такое масса тела, в прежнее время казался довольно сложным, и ответы на него разных физиков были противоречивыми. К сожалению, и в наше время нередко некоторые авторы придерживаются устарелых определений этой важнейшей физической величины. Это связано с тем, что сам Ньютон, который, несомненно, понимал, что такое масса тела, в своей книге «Математические начала натуральной философии» дал не очень удачное определение этой величины. Точное определение понятия массы дал впервые известный механик Сен-Венан. Так же определил эту величину JL Больцман в своих лекциях о принципах механики. Это определение основано на опытах по взаимодействию тел.
      Опыты показали, что отношение ускорений двух взаимодействующих тел есть величина постоянная и не зависит от условий взаимодействия и других условий. Обратное отношение ускорений назвали отношением масс этих тел. Чтобы найти массу отдельного тела, выбирают какое-нибудь тело, массу которого условно принимают за единицу — эталон массы. Отсюда следует определение массы: масса тела — это величина, выражающая его инертность, она определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.
      Упомянутый выше идеологический противник В. И. Ленина, не поняв смысла приведенного определения, решил его использовать для «опровержения» материалистического мировоззрения, указав, что понятие материи... сводится к обратному отношению ускорений взаимодействующих тел!
      В. И. Ленин объяснил незадачливому философу его ошибку следующими словами: «Понятно, что если какое-нибудь тело взять за единицу, то движение (механическое) всех прочих тел можно выразить простым отношением ускорения. Но ведь «тела» (т. е. материя) от этого вовсе еще не исчезают, не перестают существовать независимо от нашего сознания»*). Приведенный пример показывает, насколько ясно, профессионально В. И. Ленин разбирался в сложных по тем временам понятиях физики.
      Революцию, сравнимую с той, которую произвела теория относительности, совершила в физике и квантовая механика. Уже упоминавшийся ранее Ричард Фейнман свидетельствует, например, что «...было время, когда газеты писали, что теорию относительности понимают только двенадцать человек». Не соглашаясь с таким мнением и считая, что многие ученые, прочитав статью Эйнштейна, так или иначе поняли теорию относительности, Фейнман продолжает: «Но мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». Это честное заявление крупнейшего физика-теоретика, столь много сделавшего для развития квантовой электродинамики, весьма многозначительно.
      Далее Фейнман поясняет, что значит «понимать» квантовую механику. Это значит — найти ответ на вопрос: «Как же так может быть?».
      Современная физика — это квантовая физика. Успехи квантовой механики можно назвать исключительными. Она позволила раскрыть тайну строения атома. Пользуясь квантовой механикой, можно с любой точностью рассчитать атом, т. е. вычислить детальную электронную структуру атома. Эти вычисления находятся в потрясающем по точности согласии с экспериментом.
      Вся современная квантовая электроника с ее разнообразными техническими применениями (лазерами, мазерами и т. п.) — это продукт квантовой механики. Квантовая механика еще не стала объектом изучения в школе, но ее приложения уже изучаются в технических вузах.
      И при всем том крупнейший авторитет в этой области физики утверждает, что ее никто не понимает!
      Попытаемся разобраться, в чем причины непонимания квантовой механики.